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高温螺栓钢热处理过程中的应用

一、前言

20Cr/Mo/VNbTiB 高温螺栓钢是制造大功率、高参数汽轮发电机组的理想材料。该钢在570℃以下长期运行组织稳定,不但有高的持久强度而且有高的持久塑性。在我厂5 号电机侧6 号螺栓运行14 万小时后解剖试验中未发现晶内和晶界有明显的碳化物聚集。该钢缺口敏感性几乎为零。但是该钢的热处理质量十分难于控制,至使装在谏壁电厂、姚孟电厂、望亭电厂的三十万千瓦国产机组都出现过断螺栓事故。研究发现,断螺栓的现象是由于材料硬度过高,冲击韧性低造成的。因此成品螺栓的硬度监测就成了杜绝恶性事故的关键手段。多年前我们就意识到了这个问题,那时一直把随炉处理的试样在台式洛氏硬度试验机上测试,并硬性地把所测结果估算到成品螺栓上,明知道这个做法欠妥;但是没有任何其他测试手段也只能如此而已。

1989 年春天,我们收到厂生产技术科转来的时代里氏硬度计说明书。精美的图片上竟然是我厂金属室技术员唐品华在测试汽轮机部件的硬度,使用的仪器正是时代里氏硬度计。我急切的读,心情舒畅,如坐春风。车间主任、厂总工程师接到说明书及购置仪器计划单时更是眉开眼笑,立即拍板—买!

二、仪器性能及测试数据

在摸索仪器使用性能的过程中我们总结出:凡是布氏硬度符合电力部标准241~285 HB 的元钢,力学性能的各项指标都合乎验收标准;凡是硬度值高于电力部标准的元钢、力学性能都不合格,尤其是冲击值很低。

三、讨论

时代里氏硬度计携带方便,测试准确,但对被测面的粗糙度要求高、螺栓坯料须车光端面,

用砂纸打光至Ra 为0.8 再进行测试。20Cr/Mo/VNbTiB 钢的布氏硬度只要稍高于或等于电力部标准的下限(即241HB),力学性能完全可以达到验收标准。20Cr/Mo/VNbTiB 钢的布氏硬度如果等于电力部标准的上限(即285HB),则有可能导致性能不合格。如果材料布氏硬度高于电力部标准上限,则材料性能肯定不合格。

我们在制定工艺时,回火温度宁低勿高,万一材料硬度高可以进行二次回火补救,但是如果

回火温度过高材料硬度低了则只能重新淬火。实际工作中,我们把调质后硬度高的重新回炉进行一次温度高于原始回火温度10℃、保温4 小时的回火,即可使材料性能合格。

总之,我们是在摸索阶段才做出了以上的判断。目前,我们用“时代”里氏硬度计控制调质

后材料的性能,效果甚佳。

四、结论

1、同一热处理状态下的20Cr/Mn/VNbTiB 钢的里氏硬度与其他力学性能(屈服强度,拉力强度,相对伸长率、相对面缩率、冲击值)有严格的对应关系,只要控制好该钢调质后的布氏硬度,即可保证该钢其它力学性能在合格范围之内;

2、经核对,时代里氏硬度计测出的洛氏硬度值与台式洛氏硬度计测出的结果吻合。

3、唯有便携式时代里氏硬度计才能完成大型工件或构件的硬度测试工作;4、用时代里氏硬度计验收成品高温螺栓的硬度、对汽轮发电机组的安全运行有实际意义。
 

 

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